CFD-Studie des Windkomforts der Außen- und Verkehrsflächen einer Schule in der Île-de-France, im Rahmen eines Renovierungsprojekts.
Im Rahmen eines Renovierungsprojekts hat EOLIOS die Auswirkung des Windes auf den Fußgängerkomfort in einer Schule in der Île-de-France analysiert. Das Ziel: sicherzustellen, dass die im Zuge der Renovierungen vorgenommenen Änderungen den Komfort der Nutzer zu allen Jahreszeiten nicht beeinträchtigen.
Nach Untersuchung der Wetterbedingungen wurden zwei Konfigurationen gewählt, die den beiden im Jahresverlauf häufigsten Windrichtungen entsprechen. Die CFD-Simulation ermöglichte es, die Geschwindigkeitsverteilung um die Gebäude für diese beiden Richtungen zu bewerten.
Die Analyse konzentrierte sich auf die Identifizierung der Übergeschwindigkeitszonen, die mit der Anordnung der Gebäude zusammenhängen, sowie auf die Wirkungen der beim Bau verwendeten Materialien.
Das Wesentliche. CFD-Studie des Windkomforts einer Schule in der Île-de-France im Rahmen einer Renovierung: zwei Windrichtungen (dominanter Südwest, sekundärer Nordost, 3,3 bis 5,5 m/s) und drei modellierte Materialien (Beton, Maschrabiyyas, Metallgitter) über ihre Luftdurchlässigkeitsrate. Ergebnis: global komfortable Höfe, aber ein Venturi-Effekt in einigen Gängen und Balkonen, korrigiert durch Umkonfiguration der durchbrochenen Trennwände, ohne die Architektur zu verändern.
Die Schule besteht aus zwei getrennten Teilen, die durch eine spiralförmige Galerie verbunden sind, die alle Gebäude erschließt. Dem Außenwind ausgesetzt und zugleich vor Regen schützend, verbindet sie Gebäude mit Klassenräumen, Pausenflächen und Verpflegungszonen auf zwei Geschossen, von denen einige offene Laubengänge aufweisen.
Die Charakterisierung der Materialien und Strukturen ist wesentlich: Rauheit, Porosität und Permeabilität beeinflussen unmittelbar die Druckverluste und die Interaktion des Fluids mit den Oberflächen. Drei Materialien wurden modelliert: Beton (luftundurchlässig), die Maschrabiyyas der Balkone und Metallgitter an bestimmten Gängen, die beiden letzteren über eine spezifische Luftdurchlässigkeitsrate.
Diese Eigenschaften präzise zu berücksichtigen ist von höchster Bedeutung, da sie die Verteilung der Luftgeschwindigkeiten und das von den Nutzern empfundene Komfortniveau beeinflussen.
Eine durchbrochene Trennwand (hier an den Balkonen), die einen Teil der Luft nach einer gegebenen Porositätsrate durchlässt. Sie filtert den Wind, kann ihn aber durch Verringerung des Durchgangsquerschnitts auch lokal beschleunigen, daher der Nutzen, sie in der CFD fein zu modellieren.
Wenn der Wind auf ein Gebäude trifft, treten drei Störzonen auf: ein turbulenter Vortex auf der Vorderseite (abfallende Strömung), eine Turbulenzzone in einer Niederdruckkavität auf der Rückseite und ein stark turbulenter Nachlauf. Diese Phänomene beeinflussen den Komfort durch die lokale Erhöhung der Geschwindigkeiten und ihre Unvorhersehbarkeit.
Die Architektur der Schule, mit mehreren durch Gänge und offene Galerien verbundenen Gebäuden, schafft günstige Bedingungen für den Venturi-Effekt: in einem engen Durchgang kanalisiert, beschleunigt der Wind lokal. Die CFD-Simulationen identifizieren diese Beschleunigungszonen präzise, um sie bei den Gestaltungen zu berücksichtigen.
Wenn ein Gang oder enger Durchgang den dem Wind gebotenen Querschnitt verringert, beschleunigt die Luft, um ihren Durchsatz zu erhalten. In einer Schule mit vielen offenen Verkehrswegen erzeugt dieses Phänomen intensivere Zugluftströme, lokal begrenzt, aber störend.
Die anemometrischen Daten einer anerkannten Station zeigen einen dominanten Südwestwind zu allen Jahreszeiten und einen sekundären Nordostwind (vor allem im Frühling und Sommer), mit Geschwindigkeiten zwischen 3,3 und 5,5 m/s. Es wurden daher zwei verschiedene Fälle untersucht.
Das Geschwindigkeitsniveau und die Turbulenz sind für den Komfort entscheidend: Die durch den Wind induzierten Kräfte können das Vorankommen des Fußgängers behindern, und die konvektiven Effekte können den Wärmeaustausch verändern (Kälteempfinden). Die Beaufort-Skala liefert eine nützliche qualitative Charakterisierung, die nach Aktivität und Jahreszeit zu gewichten ist.
Die Aufmerksamkeit galt den Gängen, Laubengängen und Balkonen sowie den Höfen. Auf der Ebene des gesamten Geländes, im Erdgeschoss wie im ersten Stock, dämpft die Konfiguration der Schule global die Luftgeschwindigkeiten und schafft komfortfördernde Bedingungen.
Die parallel zum Wind ausgerichteten Gänge erzeugen durch Venturi-Effekt Übergeschwindigkeitszonen. Ebenso verringern die Maschrabiyya-Trennwände der Balkone den Durchgangsquerschnitt und beschleunigen die Strömung, was lokalen Unkomfort erzeugt, während die Geschwindigkeiten am Balkonende leicht verringert werden.
Der große Hof weist einen guten globalen Komfort auf. Zwei Phänomene werden festgestellt: der Durchgang der Luft aus den Gängen durch die Galerie und die Ablenkung des durch das zentrale Gebäude blockierten Windes zum Boden, deren Interaktion eine mäßige Unkomfortzone erzeugt. Im kleinen Hof verstärken Rezirkulationen den Unkomfort im Winter, bringen aber im Sommer eine willkommene Frische.
Eine geschlossene Luftschleife (Wirbel), die entsteht, wenn die Strömung von einem Hindernis ablöst und auf sich selbst zurückkehrt. Im Hof schließt sie die Luft ein: störend im Winter, verschafft sie eine willkommene Frische im Sommer.
Die Analyse identifizierte lokal begrenzte Unkomfortzonen, hauptsächlich in den Nordostgängen, im Zusammenhang mit der Ausrichtung der Verkehrswege gegenüber dem dominanten Wind. Die Höfe und der Großteil der Galerie bieten einen zufriedenstellenden Komfort.
EOLIOS schlug mehrere Ansätze vor, ohne die architektonische Qualität zu beeinträchtigen: die am stärksten exponierten Maschrabiyyas neu positionieren oder umkonfigurieren, die Permeabilität der durchbrochenen Trennwände optimieren (Leeranteil) und das Hinzufügen von Windschutzelementen in den empfindlichen Durchgängen prüfen.
Zum Merken. der Unkomfort ist sehr lokal begrenzt (Nordostgänge, einige Balkone), während Höfe und Galerie komfortabel bleiben. Die vorgeschlagenen Korrekturen wirken auf die Porosität der durchbrochenen Trennwände, ohne die architektonische Qualität des Standorts anzutasten.
Die CFD-Simulationen identifizierten präzise die mit der Konfiguration des Geländes zusammenhängenden Unkomfortzonen (lokale Beschleunigungen in bestimmten engen Durchgängen und offenen Galerien), während die wichtigsten Außenräume günstige Bedingungen aufweisen. Die durchbrochenen Strukturen und porösen Materialien beeinflussen die Verteilung der Strömungen erheblich.
Es wurden Verbesserungen vorgeschlagen, um den Venturi-Effekt und die Übergeschwindigkeiten zu verringern. Die Studie bestätigt die Relevanz der CFD-Modellierung zur Bewertung des Fußgängerkomforts und die Bedeutung, die Aeraulik bereits in der architektonischen Entwurfsphase einzubeziehen, für eine bessere klimatische Integration des Bauwerks.
Windkomfort, Maschrabiyyas und Venturi-Effekt in den Verkehrswegen einer Schule.
Eine Renovierung verändert die Verkehrswege und die Windexposition. Die Simulation prüft, dass die Änderungen keine störende Zugluft in Gängen, Laubengängen und Höfen einführen, zu allen Jahreszeiten. Siehe unser Dossier welche Windwirkungen treten in der Stadt auf.
Diese durchbrochenen Trennwände filtern die Luft nach einer Porositätsrate. Sie verringern die Geschwindigkeiten am Balkonende leicht, können aber durch Verengung des Durchgangs die Strömung auch beschleunigen, daher der Nutzen, sie fein zu modellieren.
Ein parallel zum Wind ausgerichteter Gang wirkt wie ein Kanal: der Querschnitt verengt sich, die Luft beschleunigt und erzeugt eine Übergeschwindigkeitszone. Auf diese Sektoren, vor allem im Nordosten, zielt die Studie ab, um den Komfort zu verbessern.
Nicht systematisch: im kleinen Hof verstärken die Wirbel den Unkomfort im Winter, bringen aber im Sommer eine willkommene Frische. Es geht darum, zu dosieren, nicht alles zu beseitigen.
Windeffekte zu antizipieren vermeidet kostspielige Korrekturen und bewahrt die architektonische Kohärenz des Standorts.
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CFD-Studie des lufttechnischen Komforts einer Schule: Luftströmungen, Übergeschwindigkeitszonen und Komfort der Außenräume.
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